[发明专利]Al-Sc-Sb-Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法

说明书

本发明提供一种Al‑Sc‑Sb‑Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法，所述Al‑Sc‑Sb‑Te相变材料包括铝、钪、锑、碲四种元素，所述Al‑Sc‑Sb‑Te相变材料的化学通式为(AlSc₂)_x(Sb₂Te)_y，其中，0x≤1，0y≤1，且x+y＝1。这种材料可以通过调节材料中四种元素的含量得到不同结晶温度、电阻率和结晶激活能的存储材料，适当调节(AlSc₂)_x(Sb₂Te)_y中元素比例，进而可以得到具有更好的热稳定性、更强的数据保持力和更快的结晶速度的相变材料。本发明的(AlSc₂)_x(Sb₂Te)_y相变材料制备方法简单，便于精确控制材料成分。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种相变薄膜材料及其制备方法，特别是涉及一种Al-Sc-Sb-Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法。

背景技术

相变存储器(Phase Change Memory，PCM)是近年来兴起的一种非挥发半导体存储器。与目前已有的多种半导体存储技术相比，它具有器件尺寸可缩的优越性(纳米级)、高速读取、低功耗，高密度、制造工艺简单等优点，是存储器中被工业界广泛看好的有力竞争者，有望替代闪存(Flash技术)成为下一代非挥发存储器的主流存储技术，因而其拥有广阔的市场前景。

所述的相变存储器是利用电脉冲产生的焦耳热使相变存储材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过测量电阻的状态来实现。相变存储器的核心是相变存储介质材料，常用的相变存储材料体系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。特别是GST(Ge-Sb-Te)已经广泛应用于相变光盘和相变存储器。但也存在如下问题：1，结晶温度较低，芯片陈列中相邻单元串扰问题严重，面临着数据丢失的危险，制约了其应用领域；2，热稳定性不好，数据保持力得不到保证；3，相变速度有待进一步提高，有研究表明基于GST的相变存储器实现稳定RESET操作的电脉冲至少为500纳秒，无法满足动态随机存储器的速度要求。这需要探索具有更快相变速度的存储材料。

因而，如何提供一种热稳定性好，数据保持力强，相变速度快，且与CMOS工艺兼容的相变薄膜材料，是当前技术领域需要解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种Al-Sc-Sb-Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法，用于解决现有技术中相变存储材料表现出的热稳定性和数据保持能力差、相变速度慢的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种Al-Sc-Sb-Te相变材料，所述Al-Sc-Sb-Te相变材料包括铝、钪、锑、碲四种元素，所述Al-Sc-Sb-Te相变材料的化学通式为(AlSc₂)_x(Sb₂Te)_y，其中，0x≤1，0y≤1，且x+y＝1。

作为本发明Al-Sc-Sb-Te相变材料的一种优化的方案，所述Al-Sc-Sb-Te相变材料的化学式(AlSc₂)_x(Sb₂Te)_y中，0.11≤x≤0.19，0.81≤y≤0.89。

作为本发明Al-Sc-Sb-Te相变材料的一种优化的方案，所述Al-Sc-Sb-Te相变材料在电脉冲信号操作下能够实现高低阻值的可逆转换，且在没有电脉冲信号操作下阻值保持不变。

作为本发明Al-Sc-Sb-Te相变材料的一种优化的方案，所述Al-Sc-Sb-Te相变材料在电脉冲作用下存在至少两个稳定的电阻态。